Kvantna elektrodinamika

Kvantna elektrodinamika (ili kraće QED od engleskog naziva Quantum electrodynamics) fizikalna je teorija koja daje relativistički kvantnomehanički opis elektromagnetizma.

Intrakcije u kvantnoj elektrodinamici se često prikazuju shematski Fajnmanovim dijagramima
Intrakcije u kvantnoj elektrodinamici se često prikazuju shematski Fajnmanovim dijagramima

Kvantna elektrodinamika je matematički složena teorija koja opisuje interakciju svetlosti (fotona) i materije (pre svega elektrona, ali i svih drugih naelektrisanih čestica koje imaju spin 1/2, kao što su mioni).[1]:3563[2] Kvantna elektrodinamika se definiše kao relativistička kvantna teorija polja elektrodinamike.[3]:vii Kvantna elektrodinamika je kompatibilna sa specijalnom teorijom relativnosti i opisuje sve fenomene osim fenomena povezanih sa opštom teorijom relativnosti i radioaktivnim raspadima.[1]:3563

RazvojUredi

U prvoj polovini 20. veka, fizičari su se trudili da pomire Maksvelovu elektrodinamiku sa novinama koje su donele kvantna teorija i specijalna teorija relativnosti. Pol Dirak, Verner Hajzenberg i Volfgang Pauli su dali značajne doprinose razvoju matematičkog aparata kvantne elektrodinamike u godinama uoči Drugog svetskog rata. Prvu formulaciju kvantne teorije koja opisuje radijaciju i interakciju materije je proizveo britanski naučnik Pol Dirak, koji je tokom 1920-ih uspeo da izračuna koeficijent spontane emisije atoma.[4] Dirak je opisao kvantizaciju elektromagnetskog polja kao ansambl harmonijskih oscilatora putem uvođenja koncepta operatora stvaranja i uništenja čestica. U narednim godinama, uz doprinose Volfganga Paulija, Judžina Vignera, Paskala Jordana, Vernera Hajzenberga i elegantnu formulaciju kvantne elektrodinamike Enrika Fermija,[5] fizičari su počeli da veruju da će u principu biti moguće da se sprovedu proračuni za bilo koji fizički proces u kome učestvuju fotoni i naelektrisane čestice.

Međutim, dalje studije Feliksa Bloha sa Arnoldom Nordsikom,[6] i Viktorom Vajskopfom,[7] u 1937. i 1939. godini, pokazale su da su takvi proračuni pouzdani jedino za perturbacionu teoriju prvog reda, što je problem na koji je već bio ukazao Robert Openhajmer.[8] Pri višim redovima u seriji su se pojavile beskonačnosti, koje su takve proračune činile besmislenim i bacale ozbiljne sumnje na unutrašnju konzistentnost same teorije. U odsustvu rešenja tog problema u to vreme, izgledalo je da postoji fundamentalna inkompatibilnost između specijalne relativnosti i kvantne mehanike. Nakon uvođenja procesa renormalizacije, kojim se ove beskonačne veličine eliminišu, kao i drugih doprinosa naučnika poput Ričarda Fajnmana, Julijana Švingera i Šiničira Tomonage, kvantna elektrodinamika je postala daleko pouzdanija.[1]:3563

Kvantna elektrodinamika je posebno bila revolucionarna u teorijskoj fizici zahvaljujući metodima koje je koristila — umesto mehanicističkog pristupa računaju se odgovarajuće verovatnoće kombinovane sa kvantnim osobinama subatomskih čestica.[1]:3564 Nakon otkrića kvarkova, gluona i drugih subatomskih čestica, kvantna elektrodinamika je postala izuzetno značajna u opisu strukture, osobina i reakcija među ovim česticama, što ju je na kraju učinilo jednom od najtačnijih, najpreciznijih i najbolje testiranih fizičkih teorija.[1]:3564

Virtuelni fotoniUredi

Glavni članak: Virtuelni fotoni

Kvantna elektrodinamika opisuje interakciju između naelektrisanih čestica kao razmenu virtuelnih fotona. Kako naelektrisana čestica emituje ili apsorbuje virtuelne fotone, tako menja svoju brzinu (pravac, smer i/ili intenzitet). Virtuelne fotone (kao i druge virtuelne čestice) nije moguće direktno ispitivati, već se oni analiziraju samo preko svojih efekata. Virtuelni fotoni su, svakako, najbolje opisani odgovarajućim matematičkim alatom.[1]:3564

Fajnmanovi dijagramiUredi

 
Odbijanje dva elektrona prikazano Fajnmanovim dijagramom
Glavni članak: Fajnmanovi dijagrami

Fajnmanovi dijagrami su pomoćno sredstvo kojim se predstavljaju interakcije u kvantnoj elektrodinamici u prostoru i vremenu. Po pravilu, vreme je prikazano na apscisi, i teče sa leve ka desnoj strani dijagrama. Na ordinati se shematski prikazuje kretanje čestica. U svakom čvoru važe zakoni očuvanja energije i momenta impulsa.[1]:1713-1715

Vidi jošUredi

ReferenceUredi

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 K. Lee Lerner, Brenda Wilmoth Lerner, ur (((en))). The Gale Encyclopaedia of Science (4 izd.). Farmington Hills: The Gale Group. ISBN 978-1-4144-2877-2. 
  2. (((en))) A Modern Introduction to Quantum Field Theory (4 izd.). Chippenham: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-852073-3. 
  3. Maggiore, Michele (((en))). Basics of Quantum Electrodynamics (4 izd.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-19-852073-3. 
  4. P.A.M. Dirac (1927). "The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation". Proceedings of the Royal Society of London A 114 (767): 243–65. Bibcode:1927RSPSA.114..243D. doi:10.1098/rspa.1927.0039. 
  5. Fermi, E. (1932). "Quantum Theory of Radiation". Reviews of Modern Physics 4: 87–132. Bibcode:1932RvMP....4...87F. doi:10.1103/RevModPhys.4.87. 
  6. Bloch, F.; Nordsieck, A. (1937). "Note on the Radiation Field of the Electron". Physical Review 52 (2): 54–59. Bibcode:1937PhRv...52...54B. doi:10.1103/PhysRev.52.54. 
  7. Weisskopf, V. F. (1939). "On the Self-Energy and the Electromagnetic Field of the Electron". Physical Review 56: 72–85. Bibcode:1939PhRv...56...72W. doi:10.1103/PhysRev.56.72. 
  8. Oppenheimer, R. (1930). "Note on the Theory of the Interaction of Field and Matter". Physical Review 35 (5): 461–77. Bibcode:1930PhRv...35..461O. doi:10.1103/PhysRev.35.461. 

LiteraturaUredi

Spoljašnje vezeUredi

Šablon:Kvantna elektrodinamika